MODULO A - 1 - la misura del tempo File

Corso di
GEOLOGIA STRATIGRAFICA E
SEDIMENTOLOGIA
AA 2016-2017
Modulo di SEDIMENTOLOGIA
A cura di Ester Colizza
Testi di consultazione suggeriti e/o consultati
Sedimentary Petrology
- M.E.Tucker
Sedimentology and Stratigraphy
- G.Nichols
Waves, tides and shallow-water processes
- The Open University
Sedimentology
- M.R.Leeder
Sedimentary Structures
- J.D.Collinson and D.B.Thompson
Sedimentografia
- F.Ricci Lucchi
Rocce e successioni sedimentarie
- A.Bosellini, E.Mutti, F.Ricci Lucchi
Physical Processes of Sedimentation
- J.R.L.Allen
Sedimentologia (Vol. 1, 2 e 3 )
- F.Ricci Lucchi
Carbonate sedimentology
- M.E. Tucker and V.P.Wright
Carbonate rocks constituents
Cements and Porosity
- Memoir 27
Introduzione allo studio delle
rocce carbonatiche
-Bosellini
Carbonate sedimentology
and sequence stratigraphy
-Schlager
Microfacies analysis of limestones
-Flugel
Atlante delle rocce sedimentarie
al microscopio
-Adams, Mackenzie, Guilford
Carbonate depositional
Environments
-Scholle, Bebout, Moore
GEOLOGIA STRATIGRAFICA E SEDIMENTOLOGIA
La Geologia Stratigrafica e la Sedimentologia sono due delle principali sub-discipline della geologia,
spesso considerate separatamente soprattutto nell’insegnamento, ma sempre più oggigiorno
considerate insieme, a volte nell’insegnamento ma soprattutto nella ricerca e nell’applicazione
economica. Esse possono essere considerate insieme come un “continuum” di processi e prodotti sia
nello spazio che nel tempo.
La sedimentologia è lo studio dei processi di formazione, trasporto e deposizione di materiale che si
accumula come sedimento in ambienti marini e continentali ed eventualmente poi si trasforma in
roccia. La stratigrafia è lo studio delle rocce per determinare l’ordine ed il tempo degli eventi nella
storia della terra.
La sedimentologia può essere legata soprattutto processi che portano alla formazione delle rocce
sedimentarie, ma se cerchiamo di legare le rocce in termini di loro relazione temporale e spaziale, lo
studio diventa stratigrafico. Analogamente, se cerco come stratigrafo di interpretare intervalli di
roccia in termini di ambiente del passato, la ricerca è sedimentologica.
Lo stratigrafo quindi lega le rocce al tempo cercando di determinare l’ambiente di formazione delle
rocce, ma per farlo ha bisogno dell’occhio del sedimentologo: ha bisogno di riconoscere i processi di
sedimentazione.
PRINCIPI BASE DELLA STRATIGRAFIA
1) Principio dell’Attualismo: i processi che si attuano oggi sono le chiave per l’interpretazione dei
processi che sono avvenuti nel passato.
2) Principio di Sovrapposizione Stratigrafica: in un a successione stratigrafica i livelli più alti sono
via via più recenti di quelli più bassi.
3) Principio di Continuità: ogni singolo corpo sedimentario o strato continuo lateralmente è coevo
(ha la stessa età) in ogni suo punto.
4) Principio di Identità Paleontologica: un insieme di strati caratterizzati dagli stessi fossili ha la
stessa età, indipendentemente dalla litologia.
LA MISURA DEL TEMPO
E LA GEOLOGIA STORICA
LA MISURA DEL TEMPO
Ordine di grandezza degli intervalli di
tempo impiegati per la realizzazione di
alcuni processi ed eventi
LA CRONOLOGIA GEOLOGICA
Il tempo geologico può essere considerato in due diversi modi: relativo ed assoluto
Il tempo relativo ci dice se un evento geologico si è verificato prima o dopo un altro evento, senza
alcun riferimento agli anni, il tempo assoluto misura, invece, quando un dato evento geologico ha
avuto luogo. Nel primo caso parleremo di cronologia (geologica) relativa, nel secondo di cronologia
(geologica) assoluta.
Datazione Relativa: si basa essenzialmente sul dato fossile: una roccia è più o meno vecchia di
un’altra sulla base di evidenze biostratigrafiche e applicando il principio di sovrapposizione
stratigrafica (quello che sta sotto è più vecchio di quello che sta sopra).
Datazione Assoluta: metodo radiometrico basato sul decadimento radioattivo di isotopi instabili
quali U, K. Rb, C che si trasformano rispettivamente in Pb, Ar, Sr e N.
La datazione assoluta delle rocce avviene attraverso l’utilizzo della DATAZIONE RADIOMETRICA
(o isotopica). Essa impiega elementi naturali radioattivi come il rubidio-87 (87Rb) che perdendo un
elettrone si trasforma in stronzio-87 (87Sr). Un altro elemento, molto abbondante nelle rocce è il
carbonio-14 (14C). Ogni atomo possiede un TEMPO DI DECADIMENTO RADIOATTIVO. La
datazione delle rocce avviene misurando questo tempo, risalendo al momento in cui l’atomo ha avuto
origine.
METODI DI DATAZIONE CON ISOTOPI
ALTRI METODI DI DATAZIONE
MAGNETOSTRATIGRAFIA: Correlazioni basate sul paleomagnetismo.
Come già detto parlando della Tettonica a Placche, i poli magnetici della Terra si invertono a distanza
di migliaia o centinaia di migliaia di anni e così si alternano periodi di polarità normale con periodi
di polarità inversa. Questi periodi vengono definiti "epoche magnetiche". Le rocce, in maniera
diversa, registrano il campo magnetico terrestre ed anche le sue inversioni. Queste inversioni si
possono riscontrare ovunque, ma sicuramente i fondi oceanici, caratterizzati da materiali basaltici,
sono il registratore naturale per eccellenza del magnetismo terrestre.
L’ultima inversione si sarebbe verificata circa 780 mila anni fa.
Tempistica: recenti ricerche indicano che l’inversione dei poli magnetici possa avvenire in tempo
molto breve, ossia in meno di un secolo – probabilmente molto meno – e rende questo fenomeno
potenzialmente osservabile nell’arco temporale tipico di una vita umana.
Scala Temporale delle Polarita` Magnetiche per
gli ultimi 30 milioni di anni
(ridisegnata da Berggren et al., in Soc. Econ.
Paleontol. Mineral., Spec. Pubbl. 54, 129-212,
1995.)
In nero la polarità normale, in bianco la polarità
inversa.
Di lato la scala con le
denominazioni degli
ultimi 5 milioni di
anni
METODO DELLE VARVE
Si basa sul conteggio delle varve (alternanze laminari) in depositi glacio-lacustri. Le varve si formano
per deposizione annuale di sedimenti lacustri: durante l’estate si depositano silt e sabbia trasportate
dalle acque di scioglimento dei ghiacciai, mentre durante l’inverno il lago si ghiaccia e la deposizione
diventa tranquilla ad opera di argille scure ricche di materia organica. Un livello estate/inverno è una
varva e rappresenta un anno nella vita sedimentaria di un lago. Questa tecnica permette di avere una
scansione cronologica molto precisa e dedurre informazioni paleoclimatiche.
Il suo limite è che è di applicazione al Pleistocene ed è limitato ai depositi glacio-lacustri.
DENDROCRONOLOGIA
La tecnica si basa sul conteggio degli anelli di accrescimento degli alberi e fornisce una stima di età
(uguale o più antica) dei depositi che contengono i tronchi fossili. È di applicazione storica e limitata
in ambito regionale.
La crescita degli anelli viene influenzata dal clima e di conseguenza dall’irraggiamento solare. Lo
spessore degli anelli degli alberi varia quindi con le precipitazioni annuali registrate in una data
regione cosicché alberi di una medesima regione mostreranno uno stesso tasso di crescita relativa
durante gli anni piovosi e quelli aridi.
Anelli accrescimento: nei climi temperati (alternanza di stagioni calde e fredde) gli alberi crescono
formando nella sezione trasversale del fusto una serie di anelli concentrici dovuti alla differenza fra
il legno di primavera (legno primaverile chiaro le cui cellule hanno lume ampio e parete sottile) e
quello d’estate/inizio autunno (legno estivo o tardivo scuro con cellule a lume più stretto e pareti più
spesse). Alla fine della stagione favorevole alla crescita, l’arrivo dei primi freddi autunnali causa una
brusca interruzione dell’attività(cambio). Naturalmente questo vale per le conifere e le dicotiledoni
che crescono in climi con stagione fredda, cioè con interruzione della crescita. Nelle monocotiledoni
(palme) non si ha legno secondario e mancano pertanto gli anelli, mentre gli alberi che abitano le
regioni a clima tropicale crescono ininterrottamente durante l’intero anno, senza presentare
interruzioni. Lo spessore di ogni singolo anello dipende da diversi fattori: biologici (la specie, l'età,
eventuali avversità), stazionali (altitudine, suolo, esposizione, pendenza del versante), climatici
(temperatura, umidità, precipitazioni).
Le datazioni per gli alberi forniscono una calibrazione per le datazioni a radiocarbonio e si estendono
attualmente per più di 9000 anni (Olocene).
CHEMIOSTRATIGRAFIA o stratigrafia chimica
La chemiostratigrafia è un nuovo settore della stratigrafia che vuole ottenere la taratura stratigrafica
attraverso la variazione secolare, nelle acque oceaniche, del contenuto di alcuni elementi. Tra questi
13C/12C, Sr 87/Sr 86, Mg/Ca, Sr/Ca, 18O/16O. Si basa sul presupposto che l’acqua di mare ha
subito nel corso dei tempi geologici delle variazioni fisico-chimiche che sono state registrate nelle
rocce sedimentarie sia a livello di loro composizione in elementi minori o in tracce, sia nei rapporti
isotopici di alcuni composti chimici che le costituiscono. Ulteriori cenni su questa disciplina vengono
proposti nell’ambito del modulo di stratigrafia.
LA SCALA DEI TEMPI ASSOLUTI
Se si riduce la storia del pianeta a
12 ore, le prime cellule viventi
sono apparse intorno alle 3.30,
mentre la fotosintesi, responsabile
dell’immissione
di
ossigeno
nell’atmosfera, inizia verso le 4. I
protozoi si formano verso le 9 e da
questo momento la vita ha
un’accelerazione: gli invertebrati
iniziano la loro evoluzione prima
delle 11, i pesci poco dopo e i
mammiferi verso le 11.30. Il
genere homo compare solamente
meno di mezzo minuto prima delle
12
Geologia Storica: disciplina della Stratigrafia che studia i rapporti fra la Storia evolutiva della
Terra e il suo record geologico.
Cronostratigrafia: branca della Stratigrafia che si occupa della ricostruzione delle età dei corpi
rocciosi e dei loro rapporti cronologici. E’ il “calendario” della Geologia Storica! E costituisce il
contenitore di tutti i dati provenienti dalle altre categorie
Geocronologia: suddivisione del Tempo Geologico in Unità con età della base, età del tetto e durata
standardizzati a scala globale: è una scala del tempo: serve come standard globale di riferimento
per datare in senso relativo gli eventi geologici che si sono susseguiti nella storia della terra. E’
in pratica la sistemazione nel tempo degli eventi della storia terrestre.
Se l’Unità Cronostratigrafica definisce la successione nel tempo degli strati rocciosi, la Unità
Geocronologia definisce l’intervallo di tempo durante il quale gli strati si sono depositati.
Quindi Unità Crono = materiale geologico (rocce, fossili ecc), Unità Geocrono = periodo di
tempo
ROCCIA
(Unità Cronostratigrafiche)
TEMPO
(Unità Geocronologiche)
EONOTEMA
EONE
ERATEMA
ERA
SISTEMA
SERIE
PIANO
CRONOZONA
PERIODO
EPOCA
ETA’
CRONO
LA SCALA GEOCRONOLOGICA STANDARD E GLOBALE
La scala dei tempi geologici rappresenta un modo per suddividere il tempo trascorso dalla
formazione della Terra condiviso dalla comunità scientifica internazionale e in continua evoluzione.
Esiste un organismo internazionale delegato alla formalizzazione (quindi alla nomenclatura) di questa
scala, l'International Commission on Stratigraphy (Commissione internazionale di stratigrafia).
L'United States Geological Survey (USGS, Servizio Geologico degli Stati Uniti) ha prodotto una
versione a colori di questa scala, dove ad ogni età corrisponde, per convenzione, un colore diverso.
Non tutti i paesi adottano questa versione della scala. La cartografia dell'USGS appare meglio
organizzata e più completa rispetto a quella europea, e spesso in ambito scientifico si fa riferimento
a questa.
Concettualmente ogni suddivisione raggruppa una fase della storia della Terra caratterizzata da
determinati organismi spesso estinti al termine dell'Era geologica di appartenenza. L'età della Terra è
stimata a circa 4570 milioni di anni fa (nella nomenclatura inglese, 4570 mya o, in "Ma", 4570 Ma).
Il tempo geologico della Terra in passato è stato organizzato in varie unità, a seconda degli eventi che
si sono succeduti in ogni periodo. Differenti livelli della scala temporale sono spesso delimitati da
grandi eventi geologici o paleontologici, come le estinzioni di massa. Per esempio, il limite tra il
periodo Cretaceo e il periodo Paleogene è definito dall'evento della estinzione dei dinosauri e di molte
specie marine. Altri periodi sono definiti in maniera assoluta da età radiometriche.